Автореферат (1173127), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рассмотрены возможности применения технологии продавливанияпри строительстве автодорожных и городских тоннелей в стеснённых условиях, атакже при преодолении искусственных или естественных препятствий.Исходя из анализа климатических, топографических, градостроительных иинженерно-геологических условий во Вьетнаме (гг. Ханой и Хошимин), показано,что метод продавливания является оптимальным для строительства городскихтоннелей мелкого заложения под различными препятствиями в крупных городахВьетнама в рамках перспективного развития городского транспорта до 2030 года.Во второй главе представлены методы расчета основных параметровпродавливания, включая необходимые усилия продавливания и методыопределения деформаций поверхности земли при строительстве тоннелей.Необходимое усилие продавливания N зависит от многих факторов:технологии строительства, инженерно-геологических условий, размера тоннеля,глубины заложения тоннеля и определяется исходя из необходимостипреодоления общего сопротивления продавливанию по формуле:N = k.(Wτр.+ Wл.c) = P1 + P2,(1)где k – коэффициент надежности, который следует принимать в пределах 1…1,1 в зависимости от полноты исходных данных; Wτр – сопротивление трениягрунта или материала окружающей тоннель среды по наружной поверхности8обделки; Wл.c.
– лобовое сопротивление вдавливанию головной ножевой секции вгрунт; P1 – потребное усилие для преодоления сопротивления трения грунта; P2 –лобовое усилие внедрения ножевой секции.Усилие для преодоления сопротивления трения грунта P1 по мерепродавливания непрерывно возрастает; величина P1 зависит от свойств грунта,глубины заложения тоннеля и длины участка продавливания и может бытьопределена по формуле:1 = {[2(q. B + p. H) + g]. f0 + (B + H). c0 }.
L,(2)где В и Н – ширина и высота прямоугольной тоннельной секции (для секцийкругового сечения диаметром D вместо В и Н следует подставлять величину D); qи р – соответственное вертикальное и горизонтальное давление грунта наобделку; g – вес единицы длины обделки; f0 – коэффициент трения окружающегогрунта по обделке; L – текущее расстояние, на которое продавливаетсяконструкция тоннеля; c0 – сцепление между окружающим грунтом и обделкой.Рис. 1. Конструкция головной секции ножевой части для продавливания секцийтоннеля: 1 – клиновидный ножевой элемент (козырек); 2 – клиновидный ножевойэлемент (боковые стены); 3 – горизонтальная перегородка; 4 – вертикальныеперегородки; 5 – клиновидный ножевой элемент (лоток)Лобовое усилие P2 разделяется на усилие внедрения козырька Rk, лотка Rl,вертикальных и горизонтальных элементов Rb ножевой части, а также давлениепригруза в забое Q для удерживания грунта от обрушения внутрь тоннеля: (рис.
1)2 = · ( + + + . ),(3)гдеk – коэффициент надежности; F – площадь забоя, м2.9Для исследования деформаций грунтового массива и поверхности земли пристроительстве тоннелей методом продавливания используют различные методы:инженерные (эмпирические), аналитические, численные и экспериментальные. ВРоссии и за рубежом такие исследования были проведены многими учеными, в томчисле В.Ф. Муллером, В.Ф. Подаковым, В.В.
Чеботаевым, Е.А. Демешко, И.А.Кузьменко, М.А. Иофисом, Н.С. Булычевым, Н.Н. Фотиевой, С.Г Авершиным,Ю.К. Зарецким, Ю.А. Лимановым, Najafi, Stein, Verruijt, Vermeer, Sagaseta, Wallin,Craig, Terzaghi, Smits, Cording, Hansmire, O’Reilly, New, Mair, Taylor, Milligan иMarshall, Bennett, Rogers и O’Relly, Liu и Lu и др.б)а)Рисунок 2. Схема развития мульды осадок поверхности земли в поперечномнаправлении при продавливании тоннеля кругового (а) и прямоугольного (б)поперечного сечения; 1 – перегиб кривой; 2 – мульда деформаций; i – абсциссаточки перегиба кривой деформаций; Smax – максимальная вертикальнаядеформация; β – угол наклона плоскости скольжения; ds – наружный диаметр«ножа» щита; dR – наружный диаметр обделки тоннеля, Bs, Hs – соответственноширина и высота ножевого устройства; BR, HR – соответственно ширина и высотаобделки тоннеля.Используя эмпирические методы, форму мульды деформаций можнопредставлить безразмерной Гауссовой функцией нормального распределения:(рис.
2)() = · 2)2·2(−,(4)где S – вертикальная деформация; y – расстояние от оси подземнойвыработки до рассматриваемого сечения; Smax – максимальная вертикальная10деформация; i – абсцисса точки перегиба кривой деформации; е – основаниенатуральных логарифмов.Используя аналитические методы, горизонтальные Smax и вертикальные Syдеформации грунта вследствие продавливания тоннеля можно определить поформулам:α1112 = ((√2 · δ) · ) ( α − α),α =αα((√2·δ) . )α.(1α−2ℎ−2α),(5)(6)где Sx – горизонтальное смещение рассматриваемой точки, м; Sy – вертикальноесмещение рассматриваемой точки, м; R – наружный диаметр ножевой части, м; δR– размер зазора, м; x, y – рассматриваемые точечные координаты (начало системыкоординат лежит на оси тоннеля), м; r – расстояние от рассматриваемой точки доточки просадки, м; α – фактор, который учитывает изменения объема грунта припродавливании тоннеля.Анализ методов определения необходимых усилий продавливания, а такжедеформаций грунтового массива и поверхности земли показал, что необходиморазработать математическую модель системы «тоннель – грунтовый массив» дляпроведения численных экспериментов на основе МКЭ в программном комплексе«PLAXIS 3D – TUNNEL».В третой главе дано описание разработанной в диссертацииматематической конечноэлементной модели тоннеля во взаимодействии сгрунтовым массивом на различных этапах продавливания с использованиемпрограммного комплекса «PLAXIS 3D - TUNNEL» и тестированим ееработоспособности.Для изучения взаимодействия тоннеля с грунтовым массивом на различныхэтапах строительства тоннеля методом продавливания принят метод конечныхэлементов.
Пространственная модель включает модель грунтового массива с еегеологическими и геомеханическими свойствами и модель обделки тоннеляпрямоугольного поперечного сечения с ее структурными и размернымисвойствами. Для пространственного моделирования технологии продавливаниятоннелей использован «пошаговый» метод. Последовательность моделированияиллюстрируется на рисунке 3. На шаге i - 1 моделируется ножевая часть иконструкция тоннеля, продавливаемые в грунт системой домкратов. Наследующем шаге i моделируется процесс удаления грунта внутри тоннельного11профиля.
На шагах i + 1, i + 2 и т.д. этот процесс повторяется по всей длинетоннеля.а)б)Рисунок 3. «Пошаговый» метод при пространственном моделировании тоннелей,сооружаемых методом продавливания: а – общий вид модели; б – этапыстроительства; H, L, (W+BT/2) – высота, длина и ширина модели; HT, BT – высота иширина тоннеля; Н1 – глубина заложения тоннеля; H2 - расстояние от низа лоткатоннеля до нижнего края модели; t – глубина заходки, равная ширине секциитоннеля; N – усилие продавливания; i – шаг моделирования.При моделировании деформированного состояния данной системы былиучтены следующие факторы: взаимодействие между грунтовым массивом иножевой частью; усилие продавливания и давление пригруза в забое; величинастроительного зазора; взаимодействие между грунтовым массивом и обделкойтоннеля.Для моделирования поведения грунтов используется упругая идеальнопластическая модель Мора-Кулона и упругопластическая модель с изотропнымупрочнением.
Использование модели Мора-Кулона предпочтительно дляисследования деформации грунтового массива и поверхности земли припродавливании тоннеля, поскольку позволяет автоматизировать вычисления12путем математического кодирования в программном комплексе «PLAXIS 3D –TUNNEL». Соответственно, грунт моделируется пятигранными клиновиднымиэлементами с 15 узлами. Обделка тоннеля моделируется в виде объемныхэлементов таких же, как для грунтов, однако элементы обделки обладаютсплошностью и линейной упругостью, характеризуемой отсутствием какначальных, так и дополнительных поровых давлений. Для моделированияножевой части и тонкостенных конструкций тоннеля используются плитныеэлементы соответственно с осевыми ЕА и изгибными ЕI жёсткостями.
Для учётаконтакта между тоннелем и грунтом используются интерфейсные элементы,свойства которых определяются свойствами грунтового массива икоэффициентом снижения прочности Rinter.Для обеспечения точности численного расчета геометрические размерымодели должны быть достаточны, чтобы граничные условия не влияли надеформации грунтового массива при продавливании тоннеля. Были принятыследующиеразмерымодели:H2=(1,5…2,5)HT;W=2BT(1+H1/BT);L=BT(13+11/3.H1/BT), где H2 – расстояние от низа лотка тоннеля до нижнего краямодели; W – расстояние от контура тоннеля до вертикального края модели; L –длина модели; H1 – глубина заложения тоннеля, BT, HT – соответственно ширина ивысота тоннеля (рис.
4).Рисунок 4. Минимальные размеры модели грунтового массиваДля проверки работоспособности модели системы «тоннель – грунтовыймассив» был проведен тестовый расчет и выполнено сравнение результатоврасчета с данными натурных измерений. Эффективность и достоверностьрезультатов, получаемых с использованием разработанной модели, подтвержденыих хорошей сходимостью с данными натурных наблюдений (максимальное13отклонение расчетных значений от фактических составило 8,3 %).
Таким образом,разработанная методика может быть использована для определения деформацийповерхности земли при сооружении тоннелей методом продавливания.Четвертая глава посвящена теоретическим исследованиям изменениядеформированного состояния (ДС) системы «тоннель – грунтовый массив» наразличных этапах строительства тоннеля.Для исследования характера проявления и интенсивности возможныхдеформаций при продавливании тоннелей выбраны три группы факторов,потенциально влияющих на деформации системы "тоннель - грунтовый массив":геометрические (высота НТ, ширина ВТ и глубина заложения H1 тоннеля),инженерно-геологические (модуль деформации E0, угол внутреннего трения φ икоэффициент сцепления c грунта) и технологические (величина строительногозазора а и усилие продавливания N).Для исследования ДС системы «тоннель – грунтовый массив» быласоставлена матрица планирования численных экспериментов, содержащаяфакторы, изменяющиеся на 3 - 6 уровнях, на каждом из которых изменяетсятолько один из 8 параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
